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[成果] 1900120029 四川
[TN215, TN248] 应用技术 光学仪器及眼镜制造 公布年份:2019
成果简介:为开发典型环保、工业气体的有源红外传感技术,本课题开展中红外半导体激光器和中远红外光探测器的研究和开发,研制2~4,μm室温连续及可调谐半导体激光器与2~5/5~12,μm光探测器,为高端气体传感系统提供高性能的核心光电器件,助推有源气体传感系统在环境监测、工业安全等领域的示范应用。 针对实现高性能InP基2,μm波段分布式反馈(DFB)量子阱激光器发展所面临的关键科学和技术问题,重点开展高性能DFB量子阱激光器新型结构设计与外延生长、器件工艺开发和性能测试分析,研究材料性能、器件结构以及器件制备工艺对器件输出特性的影响。 针对2.8,μm半导体激光器结构设计、高效电光转换机制、微纳半导体光子器件中模式光场变换、耦合调控等关键科学技术问题,研究锑化物分子束外延(MBE)生长中高In组分InGaAsSb量子阱材料的应力调控问题及As/Sb结合率的控制问题,通过应力和组分调控材料发光波长和提升发光性质;研究锑化物DFB激光器金属光栅和光场之间的耦合问题,通过建模计算金属光栅的光反馈和光损耗特性,并通过实验结果验证理论模型。 针对3.3~4,μm半导体量子级联激光器(QCL)量子化输出过程和电光转化的关联规律等关键科学问题,研究级联结构材料的能带工程设计,以提高电光转换效率为目标,利用遗传算法对量子级联激光器有源区结构进行优化设计;研究InP基大失配InGaAs/InAlAs材料体系的应变补偿,通过在MBE中精确控制层厚、组分、掺杂浓度等,生长出数百层纳米级超薄层的高质量有源区材料。 针对中远红外探测器的结构设计、材料生长、器件制备中的关键技术,研究新型量子结构对探测器暗电流的抑制、微纳光学结构提高量子效率的方法;研究表面活性剂相关的外延生长机制、缺陷与光电性能的内在联系,生长高质量超晶格外延材料;研究和开发表面精确钝化工艺,制备高性能锑化物II类超晶格探测器芯片。
[成果] 1900120025 北京
TN201 应用技术 [工程和技术研究与试验发展, 电子器件制造] 公布年份:2019
成果简介:该项目围绕“量子调控与量子信息”专项指南“量子结构及量子效应器件”提出“半导体复合量子结构的量子输运机理及量子器件研究”,聚焦半导体固态量子结构的量子晶体管和光量子器件研究,围绕关键科学问题:低维与三维耦合半导体复合量子结构中载流子在光电磁微波场下的量子输运及操控;光电转换与效率优化;准粒子态与光子电子关联量子态的精密表征,突破理论设计、材料制备和器件研制关键难题,建立量子态精密表征测量先进平台,实现固态量子晶体管和光量子器件功能演示。 研究复合量子结构的输运理论和亚10,nm精度制备技术。输运量子态多场调控效应与量子晶体管。集成量子结构制备基量子光源器件。关联量子态相干精密测试与光量子计算演示。
[成果] 1700520388 北京
TN305.3 应用技术 电子器件制造 公布年份:2018
成果简介:该项目的主要完成人重点围绕宽禁带半导体、二维半导体的能带结构和器件输运性能,系统地研究了几类重要半导体的掺杂机制和性能预测,这些工作对于半导体掺杂技术的发展具有重要的科学价值。该项目主要原创性的成果包括:提出利用钼碳共掺的方法可以大幅提高TiO2光催化效率,已经被相关实验所证实;系统研究了“d0-铁磁性”材料的物理机制,为制备非磁性掺杂自旋器件提供了一种全新的思路;系统研究了纳米器件中施主和受主杂质的掺杂特征,提出了解决纳米材料中掺杂瓶颈问题的方法;报道了一系列在新型二维半导体材料中出现的新奇物理现象和掺杂机理。项目成果被欧美等知名学者(包括诺贝尔奖获得者、美国/欧洲科学院院士等)作为领域重要进展写入专著或综述论文,提出多项理论预测被国际一流实验所证实,首次提出多项概念和方法被国际知名学者所采用。8篇代表性论文SCI他引1490次,其中5篇入选ESI高被引论文榜,获授权国家发明专利6项,部分工作被《自然》(亚洲材料)选为“亮点论文”,两篇论文入选“2009年中国最有影响的百篇国际学术论文”。这些工作对半导体掺杂理论的发展,对于新一代纳米器件和第三代半导体器件的结构设计以及性能预测起到重要的指导作用。
[成果] 1900010575 北京
TN248 应用技术 电子器件制造 公布年份:2018
成果简介:该发明属低维无机非金属材料(学科代码4304520),涉及了多项研制量子级联激光器的关键技术。 红外激光器对国防安全和社会发展具有重要作用。典型例证:红外激光器可用于红外干扰及对抗、空间通信、战场环境评估等军事领域;红外波段覆盖了绝大多数分子的特征吸收,红外激光可用于环境、医学、工业、公共安全等领域。量子级联激光器(Quantum Cascade Laser简称QCL)是基于半导体耦合量子阱子带间电子跃迁的单极性激光器,具有小型、大功率、波长选取和调谐范围广的特征,是最理想的中远红外激光光源。该项目实施之前,国际上没有实用化的产品、仅有少数几个实验室有能力研制QCL,其技术瓶颈在于能带结构设计、近千层纳米级厚度的三元化合物半导体异质结构外延、大功率低阈值工艺、调谐范围及光束质量控制等。项目成员攻克了材料设计与制备、器件工艺等全链条关键技术,研发出波长3.5~11μm范围的一系列实用化的红外QCL,满足不同领域的需求。 发明点1:全结构近千层QCL材料制备技术、量子点QCL材料设计原理与制备技术。 (1)围绕QCL有源区近千层三元化合物半导体量子阱/超晶格结构材料层厚、组分、界面质量和调制掺杂精确控制的难题,发明了分子束外延(MBE)技术涉及的源炉温度、束流强度、生长速率、生长温度的协同控制技术,提高界面质量的同时、降低背景掺杂的影响,使QCL材料质显著提高;(2)针对QCL波导损耗难题,发明了固态MBE生长InP技术,有效降低QCL的阈值电流密度、提高输出功率;(3)发明了量子点QCL材料设计原理和对应的二级应变补偿材料制备技术,研制出国际上第一个量子点QCL。 发明点2:QCL单模宽调谐波导材料制备技术。 发明了QCL单模宽调谐波导材料制备技术,利用取样光栅对光学模式实施有效调控,解决了QCL调谐范闻、单模稳定性、阈值电流密度与输出功率兼顾的难题,研制出国际上阈值电流密度最低的QCL。 发明点3:微纳结构复合光栅材料对QCL的远场控制技术。 发明了面发射QCL的光束控制技术,解决了QCL在室温连续波工作模式下远场发散角大的难题,研制出国际第一个室温连续波工作的脊型面发射QCL。 上述发明成果共获授权发明专利26项,发表代表性SCI论文35篇,他引164次。实现了从跟踪国际前沿到并跑到关键技术创新的跨越,在解决了我国实用化QCL从无到有的基础上,部分重要指标达到国际领先水平。研制的各种QCL已用于开发红外干扰和对抗系统、脑科学研究、环境监测、二氧化碳同位素检测等,已销售给解放军61646郃队、63672部队、中航工业洛阳电光设备研究所、中电集团五十三研究所、美国Arrow Grand Technologies LLC等国内外30多个单位,近三年新增销售额378万元,产生的间接经济效益超过8000万元。
[成果] 1900010419 北京
TN214 应用技术 电子器件制造 公布年份:2018
成果简介:铟镓砷(InGaAs)半导体近红外光子器件在高速光通信、激光雷达、光学检测等重要光电信息系统中发挥着不可替代的核心作用。该体系光子器件的工作频段、光电功能和效率等核心性能受衬底与外延晶格匹配条件的约束,不能全面满足上述信息技术的重大需求。开发更宽频段覆盖的高性能光子器件,特别是量子信息技术迅速发展所需的量子发光器件还存在挑战性难题。该项目从GaAs基InGaAs量子点和量子阱低维结构中载流子的量子束缚效应原理出发,研究了量子点尺寸形貌、量子阱掺N/Sb元素的外延调控机理、能带物理特性和量子发光效应及其发光谱段拓展和效率优化方法,实现了高性能的量子点单光子发射器件和量子阱长波长激光器件。该项目获得的科学发现主要包括以下三个方面: 1、揭示了自组织InGaAs量子点的亚单原子层循环外延调控机理,大幅度提升1.31微米长波长量子点的均匀性,提出静水压光谱测试方法揭示了大尺寸量子点的基态和激发态发光特征及精确能带参数,研制成功1.31微米波段的长波长量子点激光器实现低阈值驱动的室温连续激射。美国Technique Insight期刊专题评价该高均匀量子点材料生长方法为研制GaAs基长波长激光器提供可行性,英国物理学会III-Vs Review、Compound Semiconductor期刊专题评价该长波长量子点激光器是为中国团队在长波长激光器方面的重要成就。 2、发现了液滴法生长环状量子结构并揭示其外延调控机理,提出低速率结合束流梯度分布外延方法、实现自组织量子点面密度调控,制备成功电驱动量子点单光子发射器件。量子结构外延调控科学发现被国际同行学者在Science、Phys. Rev. Lett、Adv Mater ials等重要期刊论文中评价为实现量子结构可控制备的有效途径。 3、实验揭水InGaAs量子阱掺N元素扩散机理,建立能带带阶、电子有效质量与组分依赖关系模型,拟合得出导带带阶、能带带隙、电子有效质量重要物理参数,提出新结构InGaAs(Sb)/GaAS(N)量子阱拓展了发光波段;发明等离子N气源瞬态控制装置精确调控组份,采用Sb元素诱导外延生长的1.60微米GaAs基量子阱实现了长波长室温连续模式激光器,被国际同行评价为值得关注的重要成就,被英国Compound Semiconductors期刊专题评价为GaAs基量子阱激光器成功突破光通信波段,被美国Laser Focus World期刊专题评价为发展GaAs基量子阱长波长激光器的新选择。 上述科学发现受到学术界广泛认可,8篇代表性论文被SCI他引418次,在国际会议做数十次特邀报告。基于该项目量子点单光子器件,发现了单光子相干现象及单光子相干态精密测量方法,获得了单光子偏振态量子比特测量、单光子量子态多模式存储的重要成果;基于该项目InGaAs(NSb)量子阱结构及含Sb元素多元材料的外延方法,发展了大幅提升光电转换效率的光伏电池新结构和锑化物材料新体系先进红外光电器件制备技术等重大方向。
[成果] 1900010420 江苏
TN312.8 应用技术 电子器件制造 公布年份:2018
成果简介:氮化镓(GaN)基宽带隙半导体材料是重要的战略性先进电子材料。GaN基发光二极管(LED)是照明与显示的新型光源,已被广泛应用,正在取代传统光源;GaN基激光器是新一代激光显示技术的核心器件,同时在激光照明、海底通讯、生物医疗等领域有重要应用。对GaN基材料和器件物理原创性、引领性的研究是获得高性能器件的关键。在国家自然科学基金和科技部863计划等项目的支持下,该研究团队围绕GaN基光电子器件的材料基础,在GaN外延生长的表面行为与晶体缺陷控制、GaN外延材料与量子结构的电学与光学性质、GaN基光电子器件等方面,开展了持续而系统的研究,取得了如下主要成果: 1)揭示了大失配异质外延材料表面生长机理,掌握了缺陷抑制方法。针对大失配异质外延生长GaN材料世界难题,该发现点发现了低温缓冲层微观结构与GaN外延材料的晶体质量关系,提出了位错转向与湮灭的调控方法,通过对GaN生长表面过程的有效调控,实现了异质外延生长高质量的GaN薄膜的突破。研究了Al(Ga)N材料生长过程中的寄生反应及其抑制方法,为调控AlGaN中Al组分、提高材料质量提供了实验基础和理论依据。 2)阐明了GaN材料和量子结构的光学、电学、结构性质的内在关联机制,实现了载流子输运与复合过程调控。针对有效调控GaN材料和量子结构载流子的输运与复合的难题,提出刃位错是影响高纯GaN材料电子迁移率和黄光带深能级复合的决定因素,获得了低刃位错密度的GaN材料,实现了GaN材料的室温电子迁移率的突破;在该基础上,发现InGaN多量子阱内的载流子动态分布与势垒高度的关系,实现了多量子阱内的载流子均匀复合发光。针对低维量子结构中的微观缺陷表征难题,发展了InGaN量子结构中缺陷的表征方法,在该基础上阐明了刃位错、螺位错和量子阱界面粗糙度对InGaN量子阱发光性质的影响。 3)解决了光场限制和损耗难题,研制出国内第一支GaN基激光器等几种新型光电子器件。GaN激光器是GaN研究领域中难度最大、最具有挑战的课题。在获得低缺陷密度的GaN基材料,实现对其电学和光学性质的有效调控基础上,进一步解决了光场限制难题,抑制了吸收损耗,研制出国内第一支GaN激光器,同时还研制出国际上第一支GaAs衬底上GaN蓝光LED、国内第一支GaN紫外雪崩光电二极管。 该项目发表代表性论文8篇,包括Appl.Phys.Lett.6篇,J.Appl.Phys.1篇,J.Cryst.Growth 1篇,论文总他引380次,SCI他引318次。这些论文在Appl.Phys.Lett.、Laser Photonics Rev.、Phys. Review B、J.Cryst.Growth等刊物中有大量的正面评述。此外,相关成果也获得了Semiconductor Today等重要学术媒体的高度评价。
[成果] 1800130009 北京
TN249 应用技术 工程和技术研究与试验发展 公布年份:2018
成果简介:以近红外LED辅助照明的CCD/CMOS视频监控系统能够满足平安城市、交通、金融行业等大多数监控需求,但是随着中国经济和生态文明建设的快速发展,一些新的需求不断涌现,传统技术面临着严峻的挑战。例如:截至2017年底,中国高铁营业里程达到2.5万公里,高铁成为最闪亮的中国名片;生态文明建设推向新高度,森林面积增加到31.2亿亩;中国进入汽车社会新时代,汽车保有量达2.17亿辆,成为最大的汽车产销国……同时,国际形势变幻莫测,东南亚地区摩擦不断,南海地区关系持续紧张。上述铁路、森林防火、车载、边海防等涉及的视频监控应用中,存在雾雨雪及复杂背景等因素导致的夜间目标成像对比度低的问题,传统安防监控技术已无法实现远距离清晰成像,更无法获取目标的距离信息,因此,发展新技术解决夜间低对比度目标探测及定位难题已成为中国安防监控行业的紧迫需求。 为解决远距离探测难题,该项目提出了激光频闪主动夜视技术,并发明了安防监控光子栅栏系统,直接从硬件上过滤背景,抑制雾(烟雾、水汽等)、雨、雪等后向散射的影响,实现高对比度的二维强度成像。在此基础上,针对传统二维夜视存在的低对比度目标探测及定位难的问题,提出了三角形距离选通超分辨率三维成像技术,突破了器件性能限制,将距离分辨率理论上提高了两个数量级,实现了高对比度的三维成像,利于凸显目标,增强了复杂背景下低对比度目标的感知能力,同时,实现了目标距离信息的准确定位。为提高对林、海等宽阔地带的大范围搜索、有效识别及准确定位的能力,将三维成像与激光、可见光、红外等成像技术复合,提出了多维夜视技术,通过多源信息融合,剔除虚假目标。此外,针对汽车夜间安全驾驶,提出了激光辅助照明车载夜视技术,解决了夜间及强光干扰下的探测成像,实现夜间、雾雨雪以及强光等条件下的安全辅助驾驶。 该项目拥有核心授权发明专利8项,实用新型1项,软件著作权1项,具有自主知识产权;发表SCI论文8篇,EI论文2篇,他引次数为26次,代表着中国激光夜视成像技术领域的最高水平,特别是距离选通超分辨率三维夜视技术,得到了美国、日本、白俄罗斯、马来西亚等研究团队的跟进,起到了国际引领作用。近三年累积销售了7207万元,实现利润1364万元,上缴所得税319万元,新增就业岗位百余人;相关产品应用到铁路监控、森林防火、车载夜视、手持警用监控、边海防监控等领域,服务中国“一带一路”、“四横四纵”、“美丽中国”等重大工程建设。
[成果] 1800130010 北京
TP212.14 应用技术 通用仪器仪表制造 公布年份:2018
成果简介:湿度测量涉及国民生产十几个领域,但在环保、气象、化工等复杂工况下测量存在极大困难。传统湿度传感器在温度、压力、流量等剧烈变化,烟尘、腐蚀、气液并存等工况条件时存在数据漂移、易失效甚至损毁、无法连续监测等缺点。因此该成果基于可调谐半导体激光调制吸收光谱技术(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy,TDLAS),成功开发面向复杂工况的激光调制吸收湿度传感器,在气象、文物、环保、化工领域应用,实现单型号传感器绝对湿度测量范围覆盖5级量程(10ppmv~1000000ppmv),具有非接触、高可靠、响应速度快、精度高等优点。经过关键器件、核心算法和工程应用技术创新,最终实现在高温、高湿、低压、高流速、液滴、腐蚀等复杂工况下准确测量。 该项目的主要创新点如下: (1)应用领域创新:率先攻克了适用于复杂环境、恶劣工况下的激光湿度检测技术,实现了温度、压力、流速等外界参数剧烈变化下的湿度准确测量,解决了烟气、液滴、腐蚀等恶劣工况下长期稳定、连续可靠的湿度测量难题。 (2)关键技术创新:针对复杂工况测试需求,开发了完备的湿度检测核心算法库,突破了恶劣工况湿度检测控制及工程应用技术,建立了大量程湿度标定体系。 (3)核心器件创新:研制了水汽传感用特殊波段半导体激光器,将激光器封装结构与材料特性相结合设计控温散热通道,提出激光器散热面低空洞率焊接新工艺,从核心器件层面保证了传感系统对复杂工况的适应性。 该成果在湿度检测技术方面具备多项核心自主知识产权,已授权发明专利10项,论文10篇。该成果的三个候选单位覆盖产学研用全链条,包括核心器件→核心技术→工程化应用→产业化推广,其中,中国科学院半导体研究所负责激光器封装及控制技术等核心器件开发,中国科学院电工研究所负责核心控制算法、技术,北京航天易联科技发展有限公司负责工程化应用、产业化推广。项目成果已在气象、文物、环保、化工等领域得到了应用,直接经济效益1.54亿元。提升了该市高端传感器研发和产业化水平。
[成果] 1900010646 北京
TN836.6 应用技术 广播电视设备制造 公布年份:2018
成果简介:光通信网络承载了超过90%的信息量,光通信网络的容量依赖于光发射器件的带宽。宽频带光发射器件技术是支撑“宽带中国”等国家发展战略的关键技术,也是现代武器装备如相控阵雷达、电子对抗和空间通信网络的核心技术,实现宽频带光发射器件的自主可控是我国信息安全和国防战略安全的重要保障。 宽频带光发射器件具有两方面功能,一是产生窄线宽或多波长激光;二是将宽频带信号加载到光波上发射出去。该器件技术一直是全球研究发展热点,但近十年发展明显变缓,其原因是光电子器件在结构设计、制备工艺和耦合封装等方,都借鉴了传统微电子器件技术,呈现了严重的局限性,已不适应宽带光发射器件技术的发展。采用集成化激光器结构和发展多信道激光器阵列芯片是实现技术突破的有效途径。 该项目是中国科学院半导体研究所、南京大学和武汉光迅科技股份有限公司三家单位通过多年合作完成的研究开发成果,联合承担了国内第一批光电子集成器件的重点研究项目,包括国家自然科学基金委重大项目“高速光电子集成基础研究”,国家“863”主题项目“光子集成技术与系统应用”等。解决了集成化激光器模块在研究开发过程中面临的三个核心技术问题:1)波长精确控制的宽频带激光器阵列芯片制备技术:2)高效率的耦合与合波技术;3)集成化封装技术。主要发明点有: 1.发明了基于单片集成耦合腔结构的窄线宽高速半导体激光器模块技术,有效缓解了宽频带和窄线宽之间的矛盾: 2.发明了等效重构啁啾光栅半导体激光器集成芯片制备技术,将激光器阵列光栅制备工艺误差容限放宽两个半量级,大幅度提高了波长控制精度,降低了芯片制备的成本; 3.发明了光子集成芯片匹配电路三维封装技术,将宽频带激光器阵列的二维封装结构拓展到三维,有效解决了电路排布空间受限和通道间信号串扰严重的难题: 4.发明了一种基于阵列波导光栅(AWG)的多波长激光器阵列低损耗合波技术,提高了光耦合效率、放宽了制作工艺要求、降低了光模块的成本。 该项目获得发明专利18项,其中美国发明专利2项,牵头制定行业标准3项、参与1项,起草行业科技报告2份。研究成果受到国内外同行的广泛关注,被美国光学学会刊物0PN以“中国光子集成”为题进行封面报道。与华为公司合作开发了我国首款实用化4×25G多波长激光器模块。基于专利技术研发的集成光收发模块用于华为、中兴、烽火、谷歌、阿朗等国内外知名公司系统设备中,近三年直接经济效益超过27亿元人民币,并在国家多项高技术项目中获得了应用,为实现核心高端光电子集成器件的自主可控提供了保障。 该项目研究成果获得2016年度中国通信学会科学技术一等奖;鉴于第一完成人祝宁华在宽频带激光器研究的突出贡献,获得2017年度中国科学院杰出科技成就奖(个人);研究成果广泛应用于微波光子系统中,获得2016年度中国光学工程科技创新一等奖。
[成果] 1800290149 北京
TN36 应用技术 电子器件制造 公布年份:2018
成果简介:柔性可延展无机信息器件是当今国际科研领域中的重要方向,也是一个全新的领域。随着信息社会的飞速发展和信息技术的广泛普及,人们进入到信息时代,信息的获得、存储、加工、传输和显示技术已经成为信息时代的基该课题。柔性可延展光电子器件代表了新一代半导体器件新发展方向,既具有传统基于刚性衬底上电路板系统的性能,也具有像弹簧一样可以被拉伸、扭曲,或折叠,与人或任意曲面环境可以自然融合等性能,在可穿戴信息技术上有可以突破传统格局的广泛应用。信息技术的发展方向是通过人与信息交互融合达到综合利用物理世界、信息数据以及人类社会资源,高效的实现这一目标的系统物理底层必然需求具有可延展柔性的新型集成器件,以突破传统刚性的无机集成器件无法与人体柔性组织集成的瓶颈。 柔性可延展无机光电器件在可穿戴电子设备中的应用,以医疗检测人体信号为例。据统计,非传染性重大疾病(如心脑血管疾病、糖尿病等),是社会面临的全球性医疗危机,而随着中国老龄化社会的到来,这一问题则更加严重。解决这一问题的有效途径是发展可与人体或人体组织生物集成的可延展柔性新型器件,能够动态、实时监测传输生理信息。项目的实施为面向健康医疗的新一代信息器件发展提供理论和技术支撑,其中功能单元是可延展柔性无机集成器件实现功能的核心部件,没有合适的无机功能单元,器件的功能无从谈起。适用于可延展柔性器件的半导体功能单元是几乎没有先例的,存在工艺兼容性等问题,因此,该课题是基础性研发,以构建设计理论架构为目的进行研究。 课题主要阶段性成果: (1)实现了多种硬质功能薄膜的减薄及完整剥离和转移,使用减薄后集成的器件,完成了血氧探测模块的核心光电子功能单元的制备,贴于人体表面,利用滤波放大,采用直流、交流信号分开的办法,获得了可靠的光电容积信号(PPG)信号,可以用于长时间的人体脉搏及血氧信号的实时监测,且不会对人体正常运动造成干扰,并与清华大学联合进行了人体实验,该成果发表在《先进医疗材料》(Advanced Healthcare Materials)。 (2)由于柔性衬底为低热导率材料,热效应成为影响器件性能的重要因素。课题分析了可延展柔性基底上,基底和光电器件单元之间的热传递和热分布。分析了光电器件的输入功率和在不同衬底上能够达到的峰值温度的关系,研究了不同占比率的器件周期性排布,由此结合实际应用环境可对功能器件可进行性能优化。 (3)针对引入应变的功能单元的外延和结构,深入研究了不同功能、不同材料体系的单元结构器件的性能影响因素和内在机理,采用数值求解方法对半导体材料在可延展柔性基底上的光电性能进行分析,利用含应变矩阵元的8带k·p理论,对可能具有伪解的材料体系进行了算法优化,获得稳定可靠的数值解,该成果发表在《应用物理学杂志》(Journal of Applied Physics)。 (4)为了能够提高柔性衬底上器件的集成度,优化器件的排布方式,一个分离的孤立器件单元可以被设计成具有多种结构而非单一功能的单元,可以在一个单元上通过掺杂定义、台面定义的方式制备出多个单元。为此,课题建立了复杂三维结构的器件级仿真。在三维模型中提取出不同像元的信号,从而计算出像元间的串扰。这样可以为面阵的节距和光敏面积之间的设计提供重要参考,该成果发表在《红外物理与技术》(InfraredPhysics & Technology)。 (5)研究了应变和掺杂对应变环境下材料体系光电性能的影响。通过建立计入载流子屏蔽效应的薛定谔-泊松自恰求解体系,进一步研究了应变可调节的准间接带隙量子阱的光电性能的影响与优化。这一成果解决了可延展柔性基底上,具有应变的半导体的光学增益和掺杂方式之间的关系,进一步指导了在外延生长和器件制备的过程中,选择材料掺杂和应变施加等设计要素,该成果发表在《应用物理学报D辑》(Applied Physics d),对该课题在研究半导体单元的形成机理方面有重要指导作用。同时与清华大学和电子科技大学联合,研究了外应力作用下对器件物理机理的影响,该成果发表在《美国化学学会·应用材料与界面》(ACS Applied Materials& Interfaces)。 (6)研究了褶皱石墨烯的转印制备方法,并在此基础上制备了具有高性能和稳定性的褶皱石墨烯应力传感器,该研究可应用于柔性可穿戴电子领域,相关成果发表在Sensors and Actuators A: Physical(Sensors andActuators A)。同时研究了表面对摩擦发电性能的影响,通过物理方法在材料表面引起褶皱形貌,明显提升了器件性能,且器件具有柔性和可拉伸性,可用于可穿戴设备和便携式自供电光电器件领域,该成果被选为《先进材料技术》(Advanced Mateials Technologies)(Adv. Mater.Technol.)的内封面文章。
[成果] 1800290171 北京
TP212.9 应用技术 通用仪器仪表制造 公布年份:2018
成果简介:随着环保及气体测量技术的发展,很多领域对气体测量仪器的要求越来越高,特别是在痕量气体检测方面,需要更高的测量精度。因此,如何对空间环境中多种成分气体进行在线传感监测越来越成为气象环境、工业控制领域需要亟待解决的问题。 可调谐二极管激光器吸收光谱技术(TDLAS)的气体传感器,是结合光电子学、光谱学,以及微弱信号处理等高新技术的气体传感器系统。该设备与传统的气体传感器装置(电化学法、气相色谱法、吸附法)相比具有更高的灵敏度、更精确的测量数据、更快的响应速度,以及在线实时测量等特点,已经在一些行业展示了巨大的应用潜力。 研究内容: 通过研究高性能红外有源光传感材料与器件,构建基于可调谐半导体激光吸收光谱技术(TDLAS)的同时探测多种气体的检测系统,实现其在环境监测、工业安全等领域的示范应用。该项目以InP基和GaSb基应变量子阱材料和超晶格材料的生长机理和可控制备,II类超晶格锑化物探测材料的新结构探索,InP体系和GaSb体系量子阱激光器的载流子动力学以及高电光转换效率有源区设计为研究重点。通过研究可调谐光源的单片集成技术、模式耦合、级联结构材料的能带工程设计、以及波长调谐关键技术难点,研制出高性能近红外与中远红外半导体激光光源、中远红外光探测器以及相应的多气体检测系统。主要研究内容如下: (1)近红外波段室温连续激光器: 研究激光器有源区大应变量子阱材料的设计与生长技术;研究可调谐激光器增益区材料和光栅区材料的高效率集成技术,实现光在增益区与无源光栅区间的高效耦合。研究高品质因子回音壁模式微腔与法布里珀罗谐振腔的模式耦合,利用游标效应设计高效耦合微腔结构,实现低能耗单模半导体耦合微腔激光器。 (2)中红外波段室温连续激光器: 针对实现高性能2微米和2.8微米半导体激光器波段所面临的关键科学和技术问题,研究低维量子结构异质界面应力调控、缺陷抑制及元素分凝控制,研究相关功能材料能带工程设计、载流子注入调控和输运过程以及光场分布,提高电光转换效率;实现低功耗、单模分布反馈半导体激光器。 (3)中远红外量子级联室温连续激光器: 研究量子级联异质结构材料体系相关的层厚、界面、应力、组份均匀性、调制掺杂的精确控制,实现QCL材料的可控制备。研究电场、热场、应力场、光场分布及其关联,实现量子级联激光材料的场致调控。研究不同形式的分布反馈光栅(DFB)和外场对QCL的模式(纵模/横模)调控原理。 (4)中远红外波段探测器: 研究锑化物中远红外探测器的新型势垒/浅台面设计对改善噪声特性的作用;应用表面活性剂提高外延材料的表面界面质量,降低探测器暗电流;发展低损伤刻蚀、低漏电侧壁钝化工艺;探索有效的表面微纳陷光结构,提高光电耦合和光电转换效率;制备高效率低噪声的中远红外探测器。 (5)多种气体监测系统: 研究基于TDLAS技术的可调谐半导体激光器波长扫描测量控制算法;研究不同波段的半导体激光器波长精确控制技术;研究气体吸收线型修正补偿技术、多通道激光器调制噪声干扰抑制技术、微弱信号检测识别技术;研究多种气体测量典型应用技术。
[成果] 1800130080 北京
R770.4 基础研究 医院 公布年份:2018
成果简介:1.研究目的: 2000年以来半导体照明技术和产业快速发展,替代传统照明的趋势已经确立。伴随LED广泛应用,公众对于LED加剧视疲劳、蓝光损伤的疑虑以及对“健康照明”产品的迫切需求是半导体照明推广过程中急需解决的关键问题。现有的视疲劳和光损伤评测方法以主观评价为主,不能给出客观的评价结果,也难以为LED健康照明产品提供科学指导。该研究的目的是为视疲劳和蓝光损伤提供一种客观生理评价方法,形成生理指标与照明参数映射的光品质模型,构建健康照明标准体系,开发满足各年龄段人群健康需求的照明产品和系统,夺取国际产业发展制高点。 2.主要技术创新点: 1)首创了基于不同光环境的大样本人群视功能生理指标的过程性实验,发现了半导体照明物理参数与视功能生理指标间的响应规律,形成了复合生理指标评价模型,定量表征了视疲劳程度,这种量化评价照明对视疲劳影响的方法奠定了科学评价“健康照明”产品的基础。 2)通过人眼离体细胞和动物实验得到了照射形式与眼底损伤的定量关系,突破了现行标准的照明场景适应性局限,采用更有代表性的细胞活力指标建立了不同光照模式下视网膜光损伤(特别是蓝光伤害)评价体系。 3)首创研制了以人体生理指标为评价要素的“健康照明”标准测试方法,研制了符合中国人生理特点的照明产品性能和应用要求标准,通过主导研制的团体标准、国家标准、国际标准奠定了中国在健康照明领域的国际领导地位。 4)结合视疲劳和光损伤的研究形成了面向健康照明产品研发的光品质模型,通过产品的材料、封装和集成研发完成了满足全年龄段人群健康需求的灯具和系统。 3.成果产生的价值:通过客观评价方法和光品质模型的应用,化解了公众对半导体照明“伤眼”的疑虑,研制并推广了满足公众健康需求的产品,授权发明专利8项、实用新型1项、软件著作权1项,研制国际标准3项、国家标准1项、行业/团体标准5项,形成了中国原创技术为基础的国际标准,获得了健康照明国际标准的主导权,带动了中国半导体照明产业的优化升级。建立并培养了国际一流的健康照明研发团队。项目成果扩大了LED照明产品的普及范围,加速了百亿级LED健康照明市场的快速形成,保障了公众的视觉健康,为科技服务健康中国战略进行有益的尝试。基于项目成果形成的LED照明产品已在全球100多个国家6000余家用户和1100余所学校得到应用,近3年累计实现销售收入4.52亿元,上缴税收1037万元,2017年新增利润2432万元,成果推广实现间接经济效益超过10亿元。
[成果] 1800290198 广东
TM914.4 应用技术 输配电及控制设备制造 公布年份:2018
成果简介:基于有机/聚合物的太阳电池作为一种新型薄膜光伏电池技术,具有全固态、光伏材料性质可调范围宽、可实现半透明、可制成柔性电池器件以及大面积低成本制备等突出优点。项目主要围绕有机光伏领域中面临的关键科学问题,从材料、器件、工艺等方面开展系统、深入的研究;在新型有机/聚合物太阳电池材料体系、有机光伏物理机制、高效率器件等基础层面实现原始创新;在此基础上实现技术集成,研究制备低成本、高性能的有机/聚合物太阳电池,目标实现能量转换效率12%~15%的溶液加工型有机/聚合物太阳电池,为相关产业的可持续发展奠定坚实的技术基础。 项目所取得的阶段性进展如下: (1)在深入研究高效聚合物太阳电池材料的分子结构与光电转化效率之间相互关系的同时,发展了一系列新型结构的共轭聚合物以及材料结构性能的调控方法。 (2)非富勒烯受体具有吸收光谱可调、吸收系数高、化学结构与能级易剪裁、较好的光稳定性和热稳定性、良好的柔性以及机械稳定性等优点。 (3)针对新设计的非富勒烯受体,全面优化宽带隙聚合物给体结构设计,实现了聚合物给体与非富勒烯受体多种特性的高度匹配,在器件中实现了光伏效率突破,经中国计量科学研究院的验证为13.1%的能量转换效率,是文献公开报道单节验证最高效率。 (4)提出有机小分子太阳电池给体材料设计的新思路,包括巧妙的通过将苯并双噻吩单元烷基链与芳香环间通过硫原子相连,以及通过引入具有较强拉电子能力的双腈基绕丹宁单元以增强分子内的电荷转移,实现了提高载流子迁移率以及分子的太阳光吸收,获得10.1%的光电转换效率的有机小分子太阳电池给体材料,这是当时国际上公开报道小分子太阳电池光电转换效率超过10%的有机小分子给体材料。 (5)全聚合物太阳电池具有更好的相稳定性、器件稳定性以及力学性能等优势。 (6)关于有机光伏器件的水醇溶共轭聚合物界面材料及调控方法的研究一直处于世界的领先水平。 (7)基于萘并噻二唑、二氟代苯并噻二唑单元构筑面向大面积印刷工艺的光伏材料,基于高迁移率给体材料的活性层厚度300纳米时,器件能量转换效率超过10%;厚度超过1微米时,器件效率仍然超过8%。 (8)通过自组装和新型界面修饰材料的设计优化,获得了系列世界纪录的高效稳定的有机无机杂化太阳能电池,基于三聚茚为内核、二苯胺为端基的新型空穴传输层材料的钙钛矿太阳电池,效率高达18.6%,是当时基于免掺杂有机空穴传输层p-i-n型钙钛矿太阳电池中报道的最高效率。
[成果] 1800290105 江苏
TM464 应用技术 输配电及控制设备制造 公布年份:2018
成果简介:该项目响应国家重点研发计划,面向电力电子产业对高效小型化功率变换系统的迫切需求,针对中等功率通用电源,以全面突破高效GaN基电力电子技术,在千瓦级光伏系统中实现GaN太阳能逆变器的示范应用,推动GaN基中等功率电源的产业化进程为目标。拟解决以下关键科学技术问题:大尺寸Si衬底上高耐压、高可靠性GaN基材料和器件大失配外延生长技术;低动态导通电阻、高耐压、低漏电GaN基高电子迁移率场效应晶体管(HEMT)和肖特基二极管(SBD)设计与产业化制备技术;GaN异质结构材料和电力电子器件失效机理与可靠性评价体系研究;高效散热、小寄生参数多芯片集成封装技术及其可靠性研究;高频GaN基电源模块的器件驱动、效率提升、电磁兼容技术。围绕项目目标,针对拟解决的关键科学技术问题,项目拟开展的主要研究内容可概括为:Si衬底上高耐压GaN基材料及器件结构外延生长技术;高性能GaN基电力电子器件设计与产业化制备技术;GaN基电力电子器件可靠性研究与先进封装技术;GaN基电力电子器件高频高效率应用技术与示范。
[成果] 1800290199 北京
TB34 应用技术 工程和技术研究与试验发展 公布年份:2018
成果简介:存储器是现代信息技术的核心部件之一,全球市场已超700亿美元,我国消费的存储器占全球一半,但核心产品依赖进口,为我国信息安全埋下隐患。因此,研发具有自主知识产权的新型存储技术对我国的信息产业发展和国家信息安全具有重要的战略意义。项目将抓住新原理存储技术的重大发展机遇,紧扣易失性存储技术向非易失性存储技术转变;存储器二维平面尺寸微缩向三维高密度集成转变;发展存储-计算融合的新原理信息器件这三大存储技术发展趋势,从新型高密度存储材料、器件结构、集成技术和多功能应用等层面开展前沿创新研究,在相变、阻变和铁电存储器的功能材料、器件结构、高密度集成和多场调控等关键技术取得原始创新和突破,为我国自主发展高性能存储技术奠定核心技术基础和知识产权保障。 主要研究内容: 项目拟开展的研究内容包括:系统研究相变、阻变和铁电存储材料与器件性能优化技术;研制用于高密度存储阵列的选通器件;开发与CMOS工艺兼容的阻变存储器加工技术及柔性化制备工艺;探索新型存储介质的电阻状态在多物理场作用下的演化过程;发展兼具信息存储、运算、编解码等多功能的新型原型器件。该项目的研究将从物理-材料-器件-集成-多功能验证等方面进行链条式展开,力争在材料筛选、器件设计、高密度集成和多功能应用等方面取得突破,技术路线如下:阐明新型超晶格相变材料的非熔融擦写机制、掺杂诱导低密度变化和非平衡动力学超快相变机理,阻变/电极材料的微观结构、界面和缺陷对器件的影响规律,铁电材料中缺陷与极化场的相互作用规律;发展低功耗、高速、高可靠新型相变、阻变和铁电关键材料和新型器件结构的设计原理,实现高性能的存储单元器件;研制高选通特性的选通材料与器件单元,抑制高密度交叉阵列中的电/热串扰;研究材料生长、刻蚀等关键工艺对器件性能的影响,开发与CMOS工艺兼容的存储单元加工技术及柔性化制备工艺;探索电场、光场、磁场和应力场对存储介质物性的调控规律,发展兼具信息存储、运算、编解码等多功能的新型原型信息器件。 预期可以产出新型高密度存储材料体系、高性能新型存储器件,高密度三维存储架构和集成技术以及新型存储技术的多功能应用等多一批自主核心知识产权和相关技术延伸。这些知识产权的取得,为我国在新型高密度存储材料与器件技术领域提供技术储备,我国存储器产业的腾飞起到重要的支撑和引领作用。除了在新型存储技术领域获得一批创新性研究成果以外,该项目还将培养一支具有国际领先水平的新型存储技术的科研队伍,加强与产业的交流合作和技术转化,确保可持续地产出核心自主知识产权和原型技术。
[成果] 1800120279 北京
TN304.12 应用技术 专用化学产品制造 公布年份:2017
成果简介:中国科学院半导体研究所受包头山晟新能源公司委托,经过多年的实验研究和理论分析,提出了以冷坩埚技术为基础的多晶硅提纯工艺路线,创立了一种新型低成本、环境友好、高效的多晶硅提纯技术和整套工艺规范,实现批量生产。硅提纯工艺其产品直接就是多晶铸锭,使提纯与定向凝固有机整合成了一个工艺环节,缩短了工艺流程,降低了产品成本;另一方面,该工艺使用的坩埚是可以重复使用的水冷铜坩埚,提纯过程没有使用价格昂贵的高纯石英及石墨。
[成果] 1700470280 北京
TN248.4 应用技术 电子器件制造 公布年份:2017
成果简介:具有平面工艺制作和体积小等优点的回音壁模式微腔激光器可作为光电子集成芯片的光源,是国际光电子学领域的研究热点。但如何实现这种界面全内反射微腔激光器的定向输出是一个涉及三维谐振腔结构模拟设计、辐射损耗控制,以及器件工艺实现的关键难题,解决该难题将为光电子集成芯片的发展奠定一个科学基础。项目组在国家自然科学基金杰出青年基金和重点基金,以及科技部973和863等项目持续支持下,针对回音壁模式微腔激光器的模场变换和定向输出、损耗抑制和光谱调控等关键科学问题,系统研究揭示了多边形微腔中高品质因子模式的形成机理,提出了单端和多端波导输出微腔激光器的方法,并采用平面工艺研制出所设计的器件。主要科学发现点如下: 1.率先建立了完整描述正三角形和正方形介质光学微腔的模场分布和波长解析解,并由此计算模式品质因子,根据驻波模场分布提出直连波导实现定向输出微腔激光器,采用平面工艺研制出单端、双端和四端输出的正方形微腔激光器,国际化合物半导体杂志报道指出课题组首次研制的双端输出微腔激光器为光子集成提供了关键组件,受邀在J. Phys. D发表主题综述论文,总结课题组的正方形微腔激光器研究成果。 2.提出用Baker算法的Pade近似处理时域有限差分数据,实现高品质因子光学微腔的高效数值分析,证明连接波导的圆形微腔中耦合模具有高品质因子,并研制出单端和多端输出圆形微腔激光器,指出纵向弱波导限制的微米尺度半导体微腔纵向辐射损耗机理及控制方法,研制出微米量级半导体微腔激光器,所发表的Padé近似论文SCI他引40次。 3.提出结构微调和耦合腔等方案实现微腔激光器激射光谱调控,研制出单横模微腔激光器,以及双横模稳定工作的双波长正方形微腔激光器,以波长间距可调双模微腔激光器为种子源的可调谐光频梳获得国家重大科研仪器研制项目支持,受邀在Semicond. Sci. Technol.发表主题综述论文,介绍课题组关于光注入对微腔激光器模谱影响的研究成果。 共计发表光学微腔和微腔激光器SCI论文110篇,其中Applied Physics Letters和Optics Letters论文19篇,IEEE系列刊物论文42篇,微腔激光器的研究成果三次获得中国光学重要成果,10篇代表性论文SCI他引共计162次。全部成果由项目组在国内独立完成,第一完成人在系列重要国际会议做邀请报告25次,所培养的博士获得2008年全国百篇优秀博士论文以及2005、2007和2015年中国科学院优秀博士论文,并有8人次获得中国科学院院长优秀奖。
[成果] 1800120125 北京
TN383 应用技术 电子器件制造 公布年份:2017
成果简介:半导体分立量子点是典型固态“类原子”纳米结构,其量子发光物理特性、光子态相干操纵方法、微腔耦合效应等研究是近年来国际上纳米光电子器件领域的前沿热点。基于半导体分立量子点开展量子光源器件和极低功耗发光器件将为低功耗、安全光子信息技术的持续发展提供关键的光子器件的解决方案。分立量子点可控制备。单光子相干操控、存储等精密光谱学。SiGe量子点光子晶体谐振腔纳米发光器件。
[成果] 1800100083 广西
TN04 应用技术 工程和技术研究与试验发展 公布年份:2017
成果简介:该项目属于材料科学领域。利用透明导电氧化物TCO(Transparent Conductive Oxide)既能导电又能透光的性能来实现透明光电材料是材料和信息科学等领域的研究热点。但由于优异性能P型TCO材料的严重缺乏,极大影响了全透明的光电材料研发。P型TCO导电机理的描述、P型TCO掺杂改性和材料制备一直是光电材料研究的热点和难点。 针对上述问题,该项目根据铜铁矿结构CuMO2所具有的P型透明导电特点,通过第一性原理方法系统研究了铜铁矿结构TCO施主和受主杂质的掺杂机理并进行了性能预测;阐明铜铁矿结构TCO的导电机理并修正该类型TCO的能带结构、理论带隙值;成果为铜铁矿结构TCO的掺杂改性和材料制备提供了理论指导依据。 该项目主要发现点如下: 首次提出了在铜铁矿结构CuMO2中用Mg、Ca掺杂替代M三价金属能大幅提高材料P型导电性能的理论预测,其中Mg替代Cr的预测结果已经被近期实验所证实;并得出铜铁矿结构TCO材料很难进行N型掺杂的性能预测,即该结构TCO材料无法实现N型导电。 首次提出了通过改变本征缺陷来调控铜铁矿结构TCO材料导电性能的理论。发现并阐明铜铁矿结构TCO的导电机理,首次预言了在氧化学势极大的制备条件下,可大幅增加铜铁矿结构TCO中的导电本征缺陷和载流子;为铜铁矿结构TCO材料的制备提供了一种全新的思路。 首次用准粒子修正法LDA/GGA+U修正了铜铁矿结构TCO材料的能带结构,有效解决在TCO研究领域中传统计算方法中理论带隙值与实验值相比过小的问题。首次发现在铜铁矿结构中,空穴迁移率的最高值在C轴方向;首次比较了几种铜铁矿结构TCO材料的价带顶,预言CuScO2为该系列中最为理想P型掺杂导电的铜铁矿结构TCO材料。 该项目的科学价值在于通过该项目的研究,总结不同类型的掺杂元素、不同制备条件对铜铁矿结构TCO材料性能的影响。这些研究结果可指导实验研究,为TCO材料达到实际应用要求提供了更多的可能。 项目成果被国内外的知名学者作为领域重要进展写入论文,发表的8篇代表性论文有6篇被SCI收录,SCI他引46次,总他引52次,论文被SCI一、二区等高级别科研论文引用并有高度评价。项目成果对铜铁矿结构TCO导电机理以及掺杂理论的发展,对半导体器件的成分设计以及性能的预测将起到重要的指导作用。
[成果] 1800120556 北京
TN244 应用技术 工程和技术研究与试验发展 公布年份:2017
成果简介:针对大功率激光材料与器件中基础科学和关键技术问题,项目以发展高品质和大尺寸的激光晶体及非线性光学晶体为研究目标,以单晶材料设计与功能拓展为重点,阐明生长体系过程的热、质场梯度调控以及界面生长动力学过程等生长机理,突破现有技术局限,发展晶体生长新技术与晶体材料表征新方法,解决低吸收、大尺寸激光和非线性晶体等重要晶体的关键生长技术;揭示高功率晶体/芯片热管理中多场耦合高效强化传热机理,实现晶体/激光模块高效散热热沉的结构设计及精确测控温技术;建立提高蓝/绿光二极管直接泵浦光功率密度的方法与手段,突破紧凑、高效钛宝石超短脉冲激光关键技术。
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